JP2010087137A - キャパシタ - Google Patents

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Abstract

【課題】キャパシタの電極引き出しの信頼性を高め、不要抵抗発生防止を目的とする。
【解決手段】素子1と、素子1の電極に接合された陽極/陰極集電板2、3と、素子1を収容し、陰極集電板3を内底面に接合した金属ケース5と、陽極集電板2を内面に接合して金属ケース5開口部に配設された端子板4と、端子板4と金属ケース5を絶縁し、封止する封口ゴム7からなり、金属ケース5の内底面の一部に陰極集電板3との接合部5aを設け、この接合部5aと陰極集電板3間に隙間を設けた構成により、レーザー溶接によって溶けた金属湯液に加わる金属蒸気の反力を隙間から外部へ放出して孔開き不良が発生し難くなるために溶接条件を幅広く設定でき、これにより、溶接状態が安定し、孔開きや不要抵抗発生を防止し、電極引き出しに纏わる信頼性を向上できる。
【選択図】図1

Description

本発明は各種電子機器やハイブリッド自動車の回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用されるキャパシタに関するものである。
図14はこの種の従来のキャパシタの構成を示した断面図、図15は同キャパシタに設けられた圧力調整弁の構成を示した断面図であり、図14と図15において、20は素子、20aはこの素子20に設けられた中空部を示し、この素子20の両端面(図14において上下方向)から陽極と陰極を夫々取り出すように構成されたものである。
21は上記素子20を図示しない電解液と共に収容したアルミニウム製の金属ケース、21aはこの金属ケース21の外底面に設けられた陰極端子、21bは同内底面に設けられた突起であり、この突起21bを上記素子20の中空部20a内に嵌め込み、素子20の陰極側の端面を金属ケース21の内底面にレーザー溶接によって機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。
22はアルミニウム製の封口板、22aはこの封口板22の表面側に設けられた陽極端子、22bは同内面側に設けられた突起、22cは電解液注入用の孔であり、素子20の陽極側の端面をこの封口板22の内面にレーザー溶接によって機械的、かつ電気的に接合すると共に、封口板22の周縁上で上記金属ケース21の開口部を巻き込むように加工(一般に、カーリング加工と呼ばれている)することによって封止して構成されたものである。
23は上記封口板22の表面側に設けられた圧力調整弁であり、この圧力調整弁23は図15にその詳細を示すように、上記電解液注入用の孔22c上にガス透過性部材24と閉塞体25を配設し、これらを外部と連通する孔26aを有する金属キャップ26で覆うように固定することにより、閉塞体25を常時閉塞する方向に付勢しているものである。また、この金属キャップ26の固定は、予め封口板22に電解液注入用の孔22cの周囲を囲うようにして設けられた円環状の凸部22dをカシメ加工等により変形させて金属キャップ26に押し当てることにより固定したものである。
また、上記圧力調整弁23は、キャパシタの内部圧力が所定の圧力以上になると圧力を外部に逃がすための自己復帰型のものであり、キャパシタ内部で発生したガスを外部へ放出してキャパシタ内部の圧力の上昇を防ぐことができ、また作動後に圧力調整弁23は作動前の状態に復帰してキャパシタ内部の気密性を保持することができるため、キャパシタ内部のガス発生による圧力の上昇においても、キャパシタの外観に異常をきたすことはなく、その特性を維持することができるものである。
また、圧力調整弁23には、電解液の透過を防ぎ、かつ、キャパシタ内部で発生したガスを外部へ透過する材料を用いて構成したガス透過性部材24を密着配設することにより、電解液が閉塞体25に付着して圧力調整弁23の機能を損なうことがなく、かつ、圧力調整弁23を介してキャパシタ外部への電解液の漏れを防ぐことができるものである。
このように構成された従来のキャパシタは、電解液注入用の孔22cに圧力調整弁23を配置させて固定することにより、電解液の漏出の可能性のある箇所を軽減することができ、より信頼性の高いキャパシタを得ることができるというものであった。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2004−134632号公報
しかしながら上記従来のキャパシタでは、素子20の両端面に形成された一対の電極を封口板22の内面、金属ケース21の内底面に夫々レーザー溶接によって機械的、かつ電気的に接合することにより、部品点数の削減と小型化が図れるというものであるが、上記レーザー溶接は封口板22、金属ケース21の外部から夫々レーザー光を照射して行う方法であるために、溶接状態を確認することが難しいばかりでなく、溶接状態のバラツキによって不要な抵抗が増大したり、最悪の場合には溶接時のスパッタによりピンホール状の孔開きが発生し、この孔開きにより電解液が漏出する恐れがあるという課題があった。
また、溶接条件も狭い範囲内に限定された厳しいものになってしまうため、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性の保証が難しいという課題もあった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高い次元で保証すると共に、不要な抵抗の発生や孔開きの発生を防止することが可能なキャパシタを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明は、素子と、この素子の各電極に夫々接合された集電板と、上記素子を収容し、素子の一方の電極に接合された集電板を内底面に接合した金属ケースと、上記素子の他方の電極に接合された集電板を内面に接合して上記金属ケースの開口部に配設された端子板と、この端子板と金属ケース間に配設されて絶縁すると共に、金属ケースにより圧縮されて封止を行う封口ゴムからなり、上記金属ケースの内底面の一部に集電板との接合部を設けると共に、この接合部と集電板の間に所定の寸法の隙間が形成されるようにした構成のものである。
以上のように本発明によるキャパシタは、金属ケースの内底面に設けた接合部と集電板の間に所定の寸法の隙間を設けた構成により、レーザー溶接によって溶けた金属湯液に加わる金属蒸気の反力が上記隙間から外部へ放出されるために孔開き不良が発生し難くなることから溶接条件を幅広く設定することが可能になり、これにより、溶接状態が安定し、孔開きや不要な抵抗の発生を防止し、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高い次元で保証することができるようになるという効果が得られるものである。
(実施の形態)
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
図1(a)、(b)は本発明の一実施の形態によるキャパシタの構成を示した断面図と底面図、図2は同キャパシタの金属ケース内底面部分を示した要部断面図、図3は同キャパシタの封口部分を示した要部断面図、図4は同キャパシタに使用される素子の両端面の電極に集電板を接合する前の状態を示した斜視図、図5は同集電板を接合した状態を示した断面図、図6は図5の陽極集電板に端子板を接合した状態を示した断面図である。
図1〜図6において、1は素子、1cはこの素子1に形成された中空部を示し、この素子1は、アルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する(全て図示せず)ことにより構成され、この素子1の両端面(図1において上下方向)から陽極1a(図1において上側)と陰極1b(図1において下側)を夫々取り出すようにしたものである。
2は上記素子1の一方の端面に形成された陽極1aに接合された陽極集電板、3は同じく素子1の他方の端面に形成された陰極1bに接合された陰極集電板であり、この陽極集電板2と陰極集電板3は夫々アルミニウム板を加工することにより形成され、素子1の陽極1a、陰極1bに夫々重ね合わせてレーザー溶接することにより、機械的、かつ電気的に接合しているものである。
4は端子板、4aはこの端子板4の下端に設けた鍔部であり、この端子板4を上記素子1の陽極1aに接合された陽極集電板2上に重ね合わせ、端子板4に設けた鍔部4aの上面側からレーザー溶接することにより、鍔部4aと陽極集電板2の周縁とを、機械的、かつ電気的に接合しているものであり、これにより、素子1の陽極1aを端子板4から取り出すようにしているものである。
5は上記陽極集電板2と陰極集電板3、ならびに端子板4が接合された素子1を図示しない電解液と共に収容したアルミニウム製の有底円筒状の金属ケース、5aはこの金属ケース5の底面に設けられた接合部(本実施の形態においては、底面を3等分するように放射状に3箇所に設けたが、本発明はこれに限定されるものではない)であり、上記陽極集電板2と陰極集電板3、ならびに端子板4が接合された素子1をこの金属ケース5内に挿入した後、金属ケース5の外底面側から上記接合部5aを介してレーザー溶接することにより、素子1の陰極1bに接合された陰極集電板3と金属ケース5に設けた接合部5aとを機械的、かつ電気的に接合しているものであり、これにより、素子1の陰極1bを金属ケース5から取り出すようにしているものである。
また、上記金属ケース5の底面に設けた接合部5aは、金属ケース5内に陽極集電板2と陰極集電板3、ならびに端子板4が接合された素子1を挿入した状態で、図2に示すように、素子1の陰極1bに接合された陰極集電板3と接合部5aの間に所定の寸法の隙間tが形成されるように構成されているものであり、このように隙間tを設けることにより、レーザー溶接によって溶けた金属湯液に加わる金属蒸気の反力が上記隙間tから外部へ放出して孔開き不良を発生し難くすることができるようになるために溶接条件を幅広く設定することが可能になり、これにより、溶接状態が安定し、孔開きや不要な抵抗の発生を防止し、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高い次元で保証することができるようになるものである。
なお、上記所定の寸法の隙間tは、0.1〜0.5mmの範囲が好ましく、より好ましくは0.1〜0.3mmの範囲である。隙間tが0.1mm未満の場合にはレーザー時に発生するスパッタを外部へ放出し難くなり、また、0.5mmを超える場合には照射するレーザー出力を高めなければならない等の問題が発生するために好ましくないためである。
なお、上記金属ケース5の開口部側の周面の一部を窪ませることにより形成した平面部5dは、このキャパシタを図示しない接続部材を介して複数個接続してユニット化する際に、金属ケース5に平面部5dを設けることによって上記図示しない接続部材をレーザー溶接し易いようにしたものであり、本発明とは直接関係無く、また、必要不可欠なものではない。
6は上記端子板4に設けられた電解液注入用の孔4bを塞ぐように結合された圧力調整弁(詳細は後述する)、7は絶縁性ゴムからなる封口ゴム(詳細は後述する)であり、この封口ゴム7を上記端子板4の下端に設けた鍔部4aの上面に配設した状態で、上記金属ケース5の開口部近傍を外周から絞り加工(横溝絞り加工部5b)することによって封口ゴム7を圧縮すると共に、金属ケース5の開口端をカーリング加工(カーリング加工部5c)して封口ゴム7の上面を押さえ込むようにすることによって封止を行うようにしているものである。
また、図7(a)、(b)は上記素子1の陽極1aに接合された陽極集電板2の構成を示した平面図と正面断面図、図8(a)、(b)は同じく素子1の陰極1bに接合された陰極集電板3の構成を示した平面図と正面断面図であり、陽極集電板2、陰極集電板3共に、素子1に形成された中空部1cに嵌まり込む凸部2a、3aが設けられると共に、電解液が通過するための孔2b、3bが設けられているものである。なお、この電解液が通過するための孔2b、3bは、陽極集電板2側から電解液を注入する関係上、陽極集電板2により多くの孔2bを設けるようにしているものである。
また、図9(a)、(b)は上記陽極集電板2と重ね合わせて接合されるアルミニウム製の端子板4の構成を示した平面図と正面断面図であり、図9において、4aは下端に設けた鍔部、4bは電解液注入用の孔、4cは後述する圧力調整弁6を装着するための凹部、4dは同じく圧力調整弁6をカシメ結合するための突起である。
また、図10(a)、(b)は上記金属ケース5の開口部の封止を行う絶縁性ゴム(本実施の形態においてはブチルゴムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない)からなる円環状の封口ゴム7の構成を示した平面図と正面断面図であり、図10において、7aは上端内周部に突出するように設けられた円環状の壁部、7bは下端外周部に突出するように設けられた円環状の壁部である。そして、このように構成された上側の壁部7aは端子板4の上部側の外周面に密着し、下側の壁部7bは端子板4の下部側ならびに陽極集電板2の外周面と金属ケース5の内周面間に密着するようにしたものである。なお、この上側の壁部7a、下側の壁部7bは、必ずしも両方に必要なものではなく、製品設計上で必要な部分のいずれか一方のみに設けるだけでも良いものである。
また、図11は上記端子板4の電解液注入用の孔4bを塞ぐように結合された圧力調整弁6の構成を示した断面図、図12は同圧力調整弁を分解して示した断面図であり、図11と図12において、8は開口端に鍔部8aを設けると共に、外部と連通する孔8bを設けた有底円筒状のステンレス製のキャップ、9は有底円筒状に形成されたシリコンゴム製の弁体、10はブチルゴム製のパッキン、11は中央部に孔11aを設け、上面周縁に円環状の壁部11bが一体で設けられたアルミニウム製のリング状のワッシャであり、このワッシャ11の内底面上に上記パッキン10と弁体9を重ね合わせて載置した状態で、ワッシャ11を上記キャップ8内に圧入することにより、弁体9ならびにパッキン10を圧縮状態で保持し、これにより弁ユニット12を構成しているものである。
なお、上記ワッシャ11のキャップ8内への圧入は、図示しない治具を用いて行うことにより、圧入寸法の管理を精度良く行うことができるものであり、更に、キャップ8の周面の一部に切り欠きを設け、この切り欠きがキャップ8の内部に突出するように加工した切り起こし部8cを設けることにより、キャップ8にワッシャ11を圧入する際に、ステンレス製のキャップ8に設けた切り起こし部8cがアルミニウム製のワッシャ11に喰い込み、より高い結合強度が得られる圧入が行えるようになるものである。
13は中央部に孔13aを有するリング状に形成されたアルミニウム製のワッシャ、14はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる多孔質フィルム製の円形のガス透過性シートであり、このガス透過性シート14と上記ワッシャ13をフィルム状の変性ポリプロピレン(以下、変性PPと呼ぶ)15を用いて熱融着することによって結合し、これにより円形のフィルタホルダ16を構成し、このフィルタホルダ16を上記端子板4に設けられた電解液注入用の孔4bの上部に設けられた凹部4c内に配設したものである。
なお、図13(a)、(b)は上記ワッシャ13とガス透過性シート14を変性PP15を用いて接合する方法を示したものであり、図13(a)の熱圧着前に示すように、ワッシャ13とガス透過性シート14の間にフィルム状の変性PP15を配置して重ね合わせ、140〜200℃の温度で10秒間程度加熱し、1kgf/cm2の圧力でプレス加工することにより、図13(b)に示すように、ガス透過性シート14に溶融した変性PP15が均一に染み込んでアンカー効果による接合が行えるものである。
17は中央部に孔17aを設けることにより、断面凹形に形成された円筒状のブチルゴム製の押さえゴムであり、この押さえゴム17を上記端子板4に設けられた電解液注入用の孔4bの上部に設けられた凹部4c内に配置し、かつ、押さえゴム17に形成された凹部内に上記フィルタホルダ16を配設した状態で上記弁ユニット12を配設して、端子板4に設けられた突起4dをカシメ加工することによってキャップ8の開口端に設けた鍔部8aに圧接して機械的に結合し、これにより、上記押さえゴム17を圧縮状態で保持すると共に、フィルタホルダ16に接合されたガス透過性シート14を押圧するようにしたものである。
このように構成された本実施の形態による圧力調整弁6は、キャパシタ内部の圧力が上昇して所定の圧力以上になると、ガス透過性シート14により、電解液の透過を防ぎ、ガスのみを透過するため、圧力が上昇したガスはパッキン10ならびに弁体9を押し上げてパッキン10とワッシャ11の界面からキャップ8内に抜け、このキャップ8に設けた孔8bを介して外部に放出されるようになるものであり、また、このように作動した後は作動前の状態に復帰してキャパシタ内部の気密性を保持することができる自己復帰型のものである。
これにより、弁ユニット12としての組み立て精度を大きく向上させることができるようになるため、圧力調整弁6としての動作バラツキを低減し、安定した性能を発揮することができるばかりでなく、弁ユニット12単体で圧力調整弁6としての動作確認を行うことも可能になり、更に、上記弁体9をシリコンゴム製とし、この弁体9をブチルゴム製のパッキン10上に重ね合わせて載置した構成により、耐熱性に優れるという格別の効果を奏するものである。
なお、このような優れた耐熱性を発揮するのは、弁体9の材料としてシリコンゴムを用いたことによるものであるが、シリコンゴムは高温、低温共に優れた性能を発揮することができる反面、水分遮断性に対しては劣っており、この水分遮断性を確保する目的でブチルゴム製のパッキン10を弁体9の底面(キャパシタの内部側)に配置することによって解決し、高い水分遮断性を維持するようにしたものである。
また、上記シリコンゴム製の弁体9とブチルゴム製のパッキン10との密着状態を良くすることによって圧力調整弁6の作動性を向上させる目的で、シリコンゴム製の弁体9の表面にポリパラキシリレン等をコーティングすることによって効果があるものである。
また、シリコンゴム製の弁体9とブチルゴム製のパッキン10を、予め両面テープ等を用いて接合しておくことにより、組み立て時の作業性を向上させることができるようになるものである。
また、このようにシリコンゴム製の弁体9とブチルゴム製のパッキン10とを組み合わせて用いることをしなくても、低温特性に優れたフッ素ゴムを弁体9の材料として用いることにより、上記ブチルゴム製のパッキン10を用いることなく、低温特性に優れたフッ素ゴム製の弁体のみで圧力調整弁を構成し、高温、低温、水分遮断性の全てを満足することも可能であるが、この場合には、上記低温特性に優れたフッ素ゴムが極めて高価なものであるために実用性が低いものとなってしまうことから好ましくないと言えるものである。
なお、本実施の形態においては、より高い耐熱性を確保する目的で、シリコンゴム製の弁体9とブチルゴム製のパッキン10とを組み合わせて用いる構成を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的な耐熱性で良ければ、従来品のように、ブチルゴム製の弁体のみでパッキンは用いない構成のものであっても、本発明による効果が十分に得られるものである。
以上のように、本発明によるキャパシタは、金属ケース5の内底面に設けた接合部5aと陰極集電板3の間に所定の寸法の隙間tを設けた構成により、レーザー溶接によって溶けた金属湯液に加わる金属蒸気の反力が上記隙間tから外部へ放出されるために孔開き不良が発生し難くなることから溶接条件を幅広く設定することが可能になり、これにより、溶接状態が安定し、孔開きや不要な抵抗の発生を防止し、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高い次元で保証することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
なお、本実施の形態においては、上記金属ケース5の内底面に設けた接合部5aと陰極集電板3の間に所定の寸法の隙間tを設けた構成を例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、端子板4の内面の一部に接合部を設け、この接合部と陽極集電板2の間に所定の寸法の隙間を設けるようにしても構わないものであり、この場合にも同様の効果が得られるものである。但し、端子板4の内面と陽極集電板2の接合は、端子板4に設けた鍔部4aと陽極集電板2の周縁とをレーザー溶接する構成であるため、溶接によって溶けた金属湯液に加わる金属蒸気の反力の大半が外部へ放出してしまうことから、隙間を設けなくても大きな問題が発生しないものである。
また、本実施の形態においては、上記金属ケース5の内底面に設けた接合部5aと陰極集電板3の間に設けた所定の寸法の隙間tは、上記接合部5aと陰極集電板3の当接面から接合部5aが離れるように形成された例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記接合部5aと陰極集電板3の当接面から陰極集電板3が離れるように形成しても構わないものであり、この場合にも同様の効果が得られるものである。
本発明によるキャパシタは、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高め、不要な抵抗の発生を防止することができるという効果を有し、特に高い信頼性が要求される自動車用分野のキャパシタ等として有用である。
(a)本発明の一実施の形態によるキャパシタの構成を示した断面図、(b)同底面図 同キャパシタの金属ケース内底面部分を示した要部断面図 同キャパシタの封口部分を示した要部断面図 同キャパシタに使用される素子の両端面の電極に集電板を接合する前の状態を示した斜視図 同集電板を接合した状態を示した断面図 図5の陽極集電板に端子板を接合した状態を示した断面図 (a)陽極集電板の構成を示した平面図、(b)同正面断面図 (a)陰極集電板の構成を示した平面図、(b)同正面断面図 (a)端子板の構成を示した平面図、(b)同正面断面図 (a)封口ゴムの構成を示した平面図、(b)同正面断面図 圧力調整弁の構成を示した断面図 同圧力調整弁を分解して示した断面図 (a)、(b)同圧力調整弁に使用されるフィルタホルダを製造する方法を示した製造工程図 従来のキャパシタの構成を示した断面図 同キャパシタに設けられた圧力調整弁の構成を示した断面図
符号の説明
1 素子
1a 陽極
1b 陰極
1c 中空部
2 陽極集電板
2a、3a 凸部
2b、3b、8b、11a、13a 孔
3 陰極集電板
4 端子板
4a、8a 鍔部
4b 電解液注入用の孔
4c 凹部
4d 突起
5 金属ケース
5a 接合部
5b 横溝絞り加工部
5c カーリング加工部
5d 平面部
6 圧力調整弁
7 封口ゴム
7a、7b、11b 壁部
8 キャップ
8c 切り起こし部
9 弁体
10 パッキン
11、13 ワッシャ
12 弁ユニット
14 ガス透過性シート
15 変性PP
16 フィルタホルダ
17 押さえゴム

Claims (7)

  1. 正負の電極を両端面から夫々取り出すように構成された素子と、この素子の各電極に夫々接合された金属製の集電板と、上記素子を電解液と共に収容し、かつ、素子の一方の電極に接合された集電板を内底面に接合した有底筒状の金属ケースと、上記素子の他方の電極に接合された集電板を内面に接合して上記金属ケースの開口部に配設された端子板と、この端子板の外周面と金属ケースの内周面の間に配設されて相互を絶縁すると共に、金属ケースを加工することにより圧縮されて封止を行う円環状の封口ゴムからなるキャパシタにおいて、上記金属ケースの内底面の一部に集電板との接合部を設けると共に、この接合部と集電板の間に所定の寸法の隙間が形成されるようにしたキャパシタ。
  2. 端子板の内面の一部に集電板との接合部を設けると共に、この接合部と集電板の間に所定の寸法の隙間が形成されるようにした請求項1に記載のキャパシタ。
  3. 金属ケースおよび/または端子板に設けた接合部と集電板の間に形成される所定の寸法の隙間が、接合部と集電板の当接面から接合部が離れるように形成されたものである請求項1に記載のキャパシタ。
  4. 金属ケースおよび/または端子板に設けた接合部と集電板の間に形成される所定の寸法の隙間が、接合部と集電板の当接面から集電板が離れるように形成されたものである請求項1に記載のキャパシタ。
  5. 金属ケースおよび/または端子板に設けた接合部と集電板の間に形成される所定の寸法の隙間が0.1〜0.5mmである請求項1に記載のキャパシタ。
  6. 金属ケースおよび/または端子板に設けた接合部と集電板の接合がレーザー溶接により行われたものである請求項1に記載のキャパシタ。
  7. 端子板に電解液注入用の孔を設け、この孔を塞ぐように圧力調整弁を結合した請求項1に記載のキャパシタ。
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